[发明专利]一种有机半导体的n型掺杂方法及其应用

说明书

本发明提供了一种有机半导体的n型掺杂方法及其应用，所述n型掺杂方法包括以下步骤：将过渡金属催化剂、有机半导体和分子掺杂剂在基底上混合反应，得到被掺杂的有机半导体。本发明提供的n型掺杂方法掺杂效率高，掺杂速度快，掺杂后的有机半导体电导率高。

技术领域

本发明属于化学掺杂领域，具体涉及一种有机半导体的n型掺杂方法及其应用，尤其涉及一种效率高的有机半导体的n型掺杂方法及其应用。

背景技术

有机半导体的n型掺杂(电子掺杂)在有机发光二极管、有机太阳能电池、有机场效应晶体管、和有机热电器件的研发中有重要应用。现有报道(Luessem B,Riede M,LeoK.Doping of organic semiconductors[J].Physica Status Solidi,2013,210(1):9-43.)总结了目前的电子掺杂的材料。尽管基于溶液法处理的n型掺杂方法已经被广泛研究，但是具有高空气稳定性的n型掺杂剂仍然较为稀缺，主要包括前体类型的有机氢化物(例如苯并咪唑衍生物)、有机自由基(例如带有十九个电子的有机金属夹心类型化合物)的二聚体；以及带有一价和多价阴离子(例如OH^-，F^-和Ox^2-)的n型掺杂剂。前体类型的n型掺杂剂在其原始状态下具有较大的离子化电势(IP)，因此它们不能直接将电子转移到具有低电子亲和能(EA)的n型有机半导体中，需要经过C–H或C–C键断裂来生成中间产物并向n型有机半导体发生电子转移。C–H或C–C键断裂步骤的高活化能限制了前体类型掺杂剂的掺杂反应速率和效率。因此，如何提供一种效率高的有机半导体的n型掺杂方法，成为了亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种有机半导体的n型掺杂方法及其应用，尤其提供一种效率高的有机半导体的n型掺杂方法及其应用。本发明提供的n型掺杂方法掺杂效率高，掺杂速度快，掺杂后的有机半导体电导率高。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供了一种有机半导体的n型掺杂方法，所述n型掺杂方法包括以下步骤：将过渡金属催化剂、有机半导体和分子掺杂剂在基底上混合反应，得到被掺杂的有机半导体。

上述n型掺杂方法通过利用过渡金属催化剂催化分子掺杂剂中的C-H或C-C键断裂，降低该步骤的活化能，形成具有高还原能力的中间产物，向有机半导体发生电子转移，极大地提高了掺杂反应速率和掺杂效率，同时掺杂后的有机半导体电导率高，应用在有机光电器件中显著提高了器件的电子注入性能。

优选地，所述过渡金属催化剂包括过渡金属纳米颗粒或过渡金属配合物。

优选地，所述过渡金属纳米颗粒包括纳米Pt颗粒、纳米Au颗粒、纳米Pd颗粒、纳米Ag颗粒、纳米Cu颗粒或纳米Ni颗粒中任意一种。

优选地，所述过渡金属配合物包括Pd₂(dba)₃、Pd(dba)₂、Pd(OAc)₂或Pd(acac)₂中任意一种。

上述特定过渡金属催化剂能够高效催化分子掺杂剂中的C-H或C-C键断裂，催化掺杂反应进行，提高掺杂反应速率和掺杂效率。

优选地，所述过渡金属催化剂为过渡金属纳米颗粒，所述n型掺杂方法包括以下步骤：

将过渡金属纳米颗粒沉积在基底上，接着将有机半导体和分子掺杂剂的混合溶液涂布在基底上，之后退火，得到被掺杂的有机半导体；

或者

(1)将过渡金属纳米颗粒沉积在基底上，接着将有机半导体溶液涂布在基底上，得到有机半导体薄膜；

(2)将分子掺杂剂溶液涂布在步骤(1)得到的有机半导体薄膜上，之后退火，得到被掺杂的有机半导体。